Performance modeling, analysis, and tuning of blockchain networks

Résumé

La modélisation des performances de la chîne de blocs peut être utilisée pour nous fournir une compréhension plus approfondie du comportement et de la dynamique au sein des réseaux pairà-pair chaîne de blocs. Un modèle théorique aidera les concepteurs de chaîne de blocs à mieux comprendre la dynamique et les caractéristiques sous-jacentes de la chaîne de blocs qui ont un impact sur les performances du réseau de chaîne de blocs. Un modèle théorique peut également accélérer le développement d’un système chaîne de blocs en découvrant rapidement une conception initiale théoriquement optimale, ce qui est préférable à une conception incrémentale via un benchmarking itératif. Dans cette recherche, nous développons des modèles théoriques pour les chaîne de blocs publiques et privées. Nous utilisons ces modèles pour étudier l’impact de la topologie du réseau sur trois aspects différents des réseaux chaîne de blocs en termes de performances, de sécurité (forks) et de décentralisation. Étant donné que le mécanisme de consensus dans la majorité des chaîne de blocs publiques est la preuve de travail (PoW), nous développons d’abord un modèle de performance pour le réseau de chaîne de blocs Bitcoin original et bien établi. Le modèle proposé peut être facilement adapté à d’autres chaîne de blocs bien connues basées sur PoW telles qu’Ethereum. Les réseaux de chaînes de blocs qui utilisent PoW dans leur mécanisme de consensus peuvent être confrontés à des incohérences sous la forme de fourches. Dans cette recherche, nous étudions la cause et la longueur des fourches pour le réseau Bitcoin. De plus, nous présentons une méthodologie pour quantifier le degré de décentralisation d’un réseau chaîne de blocs. Pour atteindre ces objectifs, nous utilisons deux modèles de graphes bien connus d’Erdös-Rény et Barabási–Albert afin d’étudier la topologie du réseau chaîne de blocs. Nous adaptons également notre modèle pour étudier l’impact du déploiement un réseau de relais et étudier l’effet de la taille du réseau de relais sur les performances du réseau et la décentralisation des chaînes de blocs basées sur PoW.Pour vérifier et valider les modèles développés, nous utilisons des données historiques extraites du réseau Bitcoin ainsi que des résultats obtenus à partir de la simulation à l’aide d’OMNet++ . D’autre part, les protocoles byzantins tolérants aux pannes (BFT) sont des algorithmes classiques qui offrent un mécanisme de consensus plus rapide et plus économe en énergie par rapport au PoW. Hotstuff est un protocole de réplication de machine d’état BFT (SMR) partiellement synchrone qui vise à résoudre les problèmes de performances et d’évolutivité couramment rencontrés dans PoW. Nous proposons un cadre pour développer un modèle de performance pour les chaîne de blocs basées sur BFT et nous nous concentrons particulièrement sur HotStuff. Étant donné que HotStuff et d’autres chaîne de blocs basées sur BFT ont un mécanisme presque similaire, ce modèle peut également être adapté pour d’autres variantes du consensus BFT.

Date	8 déc. 2022
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Kaiwen Zhang (Directeur(-trice)) & Chamseddine Talhi (Codirecteur(-trice))